有機エレクトロルミネッセント素子
【課題】高輝度かつ長寿命の有機エレクトロルミネッセント素子を提供すること。
【解決手段】陽極電極と陰極電極との間に、少なくとも１つの発光層を有する有機エレクトロルミネッセント素子であって、陽極電極上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層と、アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層と、アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層と、がこの順に積層されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子において、当該アリールカルバゾール化合物として芳香族炭化水素を有し、かつ当該ホール注入層、ホール輸送層、発光層に同一のアリールカルバゾール化合物が含まれることにより、駆動電圧が低く、発光効率の高い有機ＥＬ素子を作製することが可能となる。
【解決手段】陽極電極と陰極電極との間に、少なくとも１つの発光層を有する有機エレクトロルミネッセント素子であって、陽極電極上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層と、アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層と、アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層と、がこの順に積層されていることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子において、当該アリールカルバゾール化合物として芳香族炭化水素を有し、かつ当該ホール注入層、ホール輸送層、発光層に同一のアリールカルバゾール化合物が含まれることにより、駆動電圧が低く、発光効率の高い有機ＥＬ素子を作製することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面光源や表示素子に関し、有機層を備えた有機エレクトロルミネッセント素子に関する。なお、以下において、「有機ＥＬ素子」または「素子」ともいうことがある。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は電気エネルギーを光エネルギーに変える半導体素子である。有機ＥＬ素子は数Ｖ〜数十Ｖ程度の比較的低電圧で発光が可能であり、自己発光型、薄膜型であるという特徴を持つことから、視認性に富み、視野角が高く、省スペース、携帯性などの観点から注目され、平面光源や表示素子としての実用化が期待されている。
【０００３】
しかしながら、有機ＥＬ素子にはまだ課題も多い。例えば、高輝度の有機ＥＬ素子を得るために、高い電圧を加えて電流密度を高めることも行われているが、通常、電流密度を高めることにより、有機薄膜そのものの劣化が促進されるといった問題がある。この問題を解決するためには、駆動電圧が低く、発光効率が高い有機ＥＬ素子の開発が必要である。
【０００４】
有機ＥＬ素子の基本的な構成は、発光性の有機化合物を含有する発光層を陰極電極と陽極電極で挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、発光層に電子およびホールが注入され、再結合が起こる。このときに発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に光が放出され、有機ＥＬが発光する。
【０００５】
有機化合物が発光する際の励起状態の種類には、一重項励起状態と三重項励起状態があり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。高効率な素子としては、励起三重項からの燐光発光を用いる有機ＥＬ素子の報告がされている（例えば、非特許文献１）。励起一重項からの蛍光発光の内部量子効率は上限が２５％であるのに対し、燐光発光を利用すると、内部量子効率の上限が１００％となるため、燐光素子の発光効率は原理的に蛍光素子の４倍になると考えられる。
【０００６】
しかしながら、燐光性化合物を発光層の発光性ドーパントとして用いる場合、発光効率の高い素子を得るためには、励起三重項状態が消失しないように、発光層のホスト化合物や、発光層と隣接する層（ホール輸送層、電子輸送層）に使用する材料は、燐光性化合物よりも高い励起三重項エネルギー順位を有することが必要である。高い励起三重項エネルギーを持つ化合物を使用することにより、燐光性化合物の励起エネルギーを閉じ込めることができるため、有機ＥＬ素子の発光効率を低下させることなく高効率で発光させることが可能となる。
【０００７】
非特許文献１では、ホール輸送層に４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤまたはＮＰＢ）が用いられているが、α−ＮＰＤの励起三重項エネルギーの閉じ込め効果は十分ではないため、燐光発光を用いた素子としては、十分に高い発光効率が得られておらず、また駆動電圧も高いという問題があった。
【０００８】
一方で、駆動電圧を低減させるための手法としては、モリブデン酸化物等の比較的仕事関数の高い金属酸化物を陽極電極に用いることで素子の低駆動電圧化を達成し、長寿命化に対する効果も得ている（例えば、特許文献１）。さらに特許文献２に示すように、金属酸化物と有機化合物の混合層を用いた例も報告されており、有機化合物として特にアリールカルバゾール化合物用いることで、低駆動電圧化を実現している。また燐光発光を用いた有機ＥＬ素子の駆動電圧の低減と発光効率の両立を狙ったものとしては、酸化タングステンと４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）を用いた構造も開示されている（例えば、非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−６３７７１号公報
【特許文献２】特開２００６−３０３４７０公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７５，４（１９９９）
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９４，１３３３０３（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および特許文献２では、いずれもホール注入性の向上による駆動電圧の低減について言及されているだけであり、発光効率の向上は達成できていないと考えられる。
【００１２】
また非特許文献２の発明では、ホール注入層、ホール輸送層、発光層に、
【００１３】
【化１】
【００１４】
で表されるＴＣＴＡを用いているが、アミン骨格を有することからホール輸送性のみが高いことが予想される。そのためＴＣＴＡを発光層に用いて高効率の素子を実現するためには、ＴＣＴＡと電子輸送材料との混合や、ＴＣＴＡを用いた発光層以外にもう一つの発光層を設けることが必要であり、複雑な工程を必要としていた。そこで本発明では、従来の素子よりも、駆動電圧が低く、高効率で発光する有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の構成により、駆動電圧が低く、高効率で発光する有機ＥＬ素子構造を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
即ち本発明は、陽極電極と陰極電極との間に、少なくとも１つの発光層を有する有機エレクトロルミネッセント素子であって、陽極電極上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層と、アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層と、アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層と、がこの順に積層されており、当該アリールカルバゾール化合物が下記一般式（１）で表される芳香族炭化水素を有し、かつ当該ホール注入層、ホール輸送層、発光層に同一のアリールカルバゾール化合物が含まれることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子に関する。
【００１７】
【化２】
【００１８】
（但し、式中Ａｒは炭素数６〜４２の芳香族炭化水素を表し、Ｒ１〜Ｒ４は水素、または１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
好ましい実施態様は、上記アリールカルバゾール化合物において、下記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表されることを特徴とする上記有機エレクトロルミネッセント素子に関する。
【００１９】
【化３】
【００２０】
（但し、式中Ｒ１〜Ｒ４は水素、または炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
好ましい実施態様は、上記アリールカルバゾール化合物が、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニルであることを特徴とする上記有機エレクトロルミネッセント素子に関する。
【００２１】
好ましい実施態様は、上記金属酸化物は、酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、酸化バナジウム（ＶＯｘ）から選択される少なくとも１つを含有することを特徴とする上記有機エレクトロルミネッセント素子に関する。
【００２２】
好ましい実施態様は、上記有機エレクトロルミネッセント素子を含むディスプレイ装置に関する。
【００２３】
好ましい実施態様は、上記有機エレクトロルミネッセント素子を含む照明器具に関する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の有機ＥＬ素子は、「陽極電極と陰極電極との間に、少なくとも１つの発光層を有する有機エレクトロルミネッセント素子であって、陽極電極上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層と、アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層と、アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層と、がこの順に積層されており、当該アリールカルバゾール化合物が下記一般式（１）
【００２５】
【化４】
【００２６】
（但し、式中Ａｒは炭素数６〜４２の芳香族炭化水素を表し、Ｒ１〜Ｒ４は水素、または１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
で表される芳香族炭化水素を有し、かつ当該ホール注入層、ホール輸送層、発光層に同一のアリールカルバゾール化合物が含まれる」ことを特徴としており、この構成により、駆動電圧が低減され、高効率で発光する有機ＥＬ素子が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の有機ＥＬ素子においては、一つの電極間（すなわち陽極電極と陰極電極の間）に複数の層を有するものである。当該複数の層は、上記の電極から離れたところに発光領域が存在する、すなわち電極から離れた部位でキャリアの再結合が起こるように、上記発光層と電極との間にキャリア注入性の高い物質や、キャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
【００２９】
以下、本発明に係わる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１は、第一の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の略示断面構成を示している。図１に示す素子は、基板１上に、陽極電極２、有機ＥＬ層３、陰極電極４をこの順に積層したものである。
【００３１】
有機ＥＬ素子の支持体となる基板１については特に制限は無く、例えば、ガラスのような透明基板、シリコン基板、フレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板などから適宜選択され用いられる。中でも、ガラスのような透明基板や、透明なフィルム基板などが透明性や加工性の良さの点から好ましく用いられる。
【００３２】
上記基板１上に設けられる陽極電極２としては、特に制限は無いが、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などで形成されていることが好ましい。仕事関数が上記範囲の陽極電極を用いることで、この上に形成するホール注入層へのホール注入性が高くなると考えられるため好ましい。例えば、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム・亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物の他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）のような金属などがあげられ、中でも有機ＥＬ素子の発光層から発生した光を効果的に取り出すための観点から、透明性が高いＩＴＯあるいはＩＺＯをより好ましく使用することができる。
【００３３】
有機ＥＬ層３は、陽極電極２と陰極電極４との間に設けられ、少なくとも一つの発光層を有し、主に有機化合物からなる複数の層から構成された層である。図１の有機ＥＬ層３は従来の有機ＥＬ素子を構成するものから、陽極電極２と陰極電極４を取り除いた残りの構成要素に相当するものである。有機ＥＬ層３を構成する各層の成膜方法については特に制限は無く、真空蒸着法の他に、例えばスピンコート法などの方法によって形成することができる。このとき、各層を同じ成膜方法で形成してもよく、また異なる方法で形成してもよい。
【００３４】
有機ＥＬ層３は、前述したように複数の層から構成されている。本発明における複数の層は、少なくともホール注入層５、ホール輸送層６、発光層７をこの順に有する。その他の構成に関しては、特に制限するものではないが、上記発光層７と上記陰極電極４の間に、電子輸送層８や電子注入を促す層（以下「電子注入層」とする）などを適宜設けることが好ましい。
【００３５】
本発明における有機ＥＬ層３としては、陽極電極２上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層５と、アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層６と、アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層７と、がこの順に積層されていることを特徴としている。
【００３６】
以下に、本発明における有機ＥＬ層３の各層について詳細に説明する。
【００３７】
本発明におけるホール注入層５は、金属酸化物と、下記一般式（１）で表される芳香族炭化水素を有するアリールカルバゾール化合物とを含有する層からなる。ここで、「芳香族炭化水素を有するアリールカルバゾール化合物」とは、カルバゾール以外の部位が、芳香族炭化水素のみからなるアリールカルバゾール化合物を指す。
【００３８】
【化５】
【００３９】
（但し、式中Ａｒは炭素数６〜４２の芳香族炭化水素を表し、Ｒ１〜Ｒ４は水素、または１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
上記アリールカルバゾール化合物としては、下記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表される化合物であることが好ましい。
【００４０】
【化６】
【００４１】
（但し、式中Ｒ１〜Ｒ４は水素、または炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
上記一般式において、アルキル基として好ましくはメチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基であり、アリール基として好ましくは、フェニル基、トリル基、２−ビフェニリル基、４−ビフェニリル基である。）
上記アリールカルバゾール化合物としては、
【００４２】
【化７】
【００４３】
で表される４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）がより好ましく用いられる。
【００４４】
上記金属酸化物の具体例としては、特に酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、酸化バナジウム（ＶＯｘ）などから選択される酸化物を含有することが好ましい。この中でも三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）は組成比が変わることなく、安定に真空蒸着が可能であるため特に好ましく用いられる。
【００４５】
本発明におけるホール注入層５とは、陽極電極２から効率よくホールを注入する機能を有し、かつ注入されたホールを次の層、すなわちホール輸送層６に伝達する機能を有する層のことである。
【００４６】
上記ホール注入層５は、電子吸引性のある金属酸化物の効果により、アリールカルバゾールがラジカルカチオン化しやすくなるため、ホール注入性に優れ、導電性が高い層を形成し、膜厚を厚くした場合でも駆動電圧の上昇を抑制することができる。よって、駆動電圧の上昇を招くことなく厚くすることができる為、ゴミなどに起因する素子の短絡を抑制することができる。
【００４７】
本発明におけるホール輸送層６とは、ホール注入層５から受け取ったホールを次の層、すなわち発光層７に伝達する機能を有する層のことである。
【００４８】
本発明におけるホール輸送層６は、上記一般式（１）で表されるアリールカルバゾール化合物を含有したものである。この場合のアリールカルバゾール化合物としては、上記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表されるものが好ましく、中でもＣＢＰを特に好ましく用いることができる。ホール輸送層６は上記アリールカルバゾール化合物単独で構成されていても良く、また他の化合物を混合したもので構成されていても良い。
【００４９】
本発明における発光層７は、上記一般式（１）で表されるアリールカルバゾール化合物と、燐光化合物を含有する。この場合のアリールカルバゾール化合物としては、上記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表されるものが好ましく、中でもＣＢＰを特に好ましく用いることができる。
【００５０】
本発明における「燐光性化合物」とは励起三重項からの発光が確認され、燐光量子効率が２５℃において０．１％以上の化合物である。中でも、燐光量子効率は好ましくは１％以上であり、更に好ましくは１０％以上である。
【００５１】
本発明で用いられる燐光性化合物は公知のものを使用することができ、好ましくは元素の周期律表でVIII族の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくはイリジウム化合物、白金化合物、又はオスミウム化合物であり、中でも高い燐光量子効率を示すものが多いことから、最も好ましいのはイリジウム化合物である。
【００５２】
以下に、本発明で用いられる燐光化合物の具体例を示す。例えば、ビス（２−ベンゾ[ｂ]チオフェン−２−イル−ピリジン）（アセチルアセトナト）イリジウム（III）（略称：Ｉｒ（Ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（III）（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）３）、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（III）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（３，５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウム（III）（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス（４’，６’−ジフルオロフェニルピリジナト）テトラキス（１−ピラゾリル）ボレート イリジウム（III）（略称：ＦＩｒ６）などがあるが、これらに限定されるものではない。
【００５３】
上記発光層７は、陽極電極および陰極電極から注入されるキャリア（ホールおよび電子）が再結合して発光する層である。この層は発光性物質であるドーパントとその発光性物質を分散状態にする物質であるホストで構成される。発光性ドーパントとしては蛍光または燐光を発するものがあるが、本発明では特に燐光を発する燐光化合物を用いることができ、またホスト化合物としては、上記で示したアリールカルバゾール化合物を用いることができる。
【００５４】
また発光性ドーパントとして燐光化合物を用いる場合、有機ＥＬ素子の発光効率の点から、ホスト化合物としては、当該燐光化合物よりも高い励起三重項エネルギーを示す化合物を用いることが好ましい。この場合、上記燐光性化合物の励起エネルギーを閉じ込めることができ、また有機ＥＬ素子の発光効率を低下させることなく高効率で発光させることができる。同様の理由から、燐光化合物を含む発光層に接する層（ホール輸送層や電子輸送層）も、燐光化合物よりも高い三重項エネルギーを有する化合物から構成されることが好ましい。
【００５５】
上記のホール注入層５、ホール輸送層６、発光層７に用いられるアリールカルバゾール化合物は、同一の化合物である。同一の化合物を用いることで、異なる化合物を使用したときに生じる、ホール注入層５／ホール輸送層６、およびホール輸送層６／発光層７の各層間におけるエネルギー障壁を無くし、低い駆動電圧で動作する有機ＥＬ素子が得られる。このとき、同一の化合物として、発光性ドーパントである燐光化合物よりも、高い励起三重項エネルギーを持つアリールカルバゾール化合物をホスト化合物として用いることで、比較的簡単に発光層７やホール輸送層６に燐光の励起エネルギーを閉じ込めることができる。その結果、駆動電圧が低く、かつ発光効率が高い有機ＥＬ素子を得ることができる。また、同一の化合物を用いることで層構造が単純化するため、異なる化合物を用いる場合に比べ、製造プロセスにおいても簡略化を図ることができ、また製造コストを下げる効果も得られる。
【００５６】
また上記アリールカルバゾール化合物として、上記一般式（１）に示すような芳香族炭化水素を有するものを用いることにより、アミン骨格を有するもの（例えばＴＣＴＡなど）を用いた場合に比べ、発光層でのキャリアの再結合確率を高めることができると考えられ、その結果、発光効率を向上させることができると考えられる。
【００５７】
上記アリールカルバゾール化合物としては、上記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表されるものが好ましく、中でもＣＢＰを用いることが特に好ましい。比較的高い三重項エネルギーを持つＣＢＰを用いることにより、発光層７やホール輸送層６に燐光の励起エネルギーを閉じ込めることができる。結果として駆動電圧が低く、発光効率が高い有機ＥＬ素子が得られ、さらに製造プロセスの簡略化することが可能となる。
【００５８】
電子輸送層８を形成する電子輸送性材料としては、電子輸送性の高い公知の材料を用いることができる。例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）などキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を好ましく用いることができる。また、この他ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）なども用いることができる。上記の材料は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有するものであり、駆動電圧の低減の点から好ましい。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を用いても構わない。また、電子輸送層８は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００５９】
陰極電極４を形成する物質としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下） 金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、元素周期表のＩ族またはII族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）などが挙げられる。仕事関数が上記範囲のものを用いることで、電子注入性が高くなると考えられるため好ましい。しかしながら、電子注入層を、陰極電極４と発光層７との間に、陰極電極４と隣接するように積層することにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素を含むＩＴＯ等様々な導電性材料を陰極電極４として用いることができる。
【００６０】
なお、上記電子注入層としては、フッ化リチウム（ＬiＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物を好ましく用いることができる。また、上記電子注入層として、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたもの、例えばＡｌｑ３中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等も好ましく用いることができる。
【００６１】
本発明において上記発光層７には、上記発光性ドーパントとして使用する燐光化合物とは異なる発光性ドーパントを複数添加しても構わない。また有機ＥＬ層３を構成する他の層、例えば電子輸送層８やホール輸送層６などに、異なる発光性ドーパントを添加しても良い。上記異なる発光性ドーパントを用いることにより、複数の発光色が見られるため、望まれる混色発光が得られる。
【００６２】
本発明の有機ＥＬ素子は、自発光デバイスであるため、バックライト等が不要であり、ディスプレイとして超薄型化が可能である。また消費電力も少なく省エネルギーという観点から、ディスプレイ装置や照明器具に有効に適応することができる。
【実施例】
【００６３】
次に、本発明の具体的な実施例およびこれらの実施例に対する比較例の有機ＥＬ素子の作製手順と、これらの評価結果を説明する。
【００６４】
（実施例１）
ガラス基板にパターニングされた陽極電極（ＩＴＯを使用、膜厚１５０ｎｍ）上に、２ｍｍ×２ｍｍの発光領域とするボトム型評価素子を作製した。
【００６５】
陽極電極上に、ホール注入層として４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（以下、ＣＢＰと略す）と三酸化モリブデンの混合層を用い、真空蒸着法にて９０ｎｍの膜厚で形成した。ホール注入層のＣＢＰと三酸化モリブデンは共蒸着法にて膜厚比率で９：１となるように成膜した。
【００６６】
次いで、ホール輸送層としてＣＢＰを用い、真空蒸着法により２０ｎｍ（蒸着速度０．８ｎｍ〜１．２ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。
【００６７】
次いで、発光層としてＣＢＰをホスト材料、ドーパントとして
【００６８】
【化８】
【００６９】
で表されるトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（III）（以下、Ｉｒ（ｐｐｙ）３と略す）を用い、真空蒸着法により２０ｎｍの膜厚で形成した。発光層のＣＢＰとＩｒ（ｐｐｙ）３は共蒸着法にて膜厚比率で９７：３となるように成膜した。
【００７０】
次いで、電子輸送層として
【００７１】
【化９】
【００７２】
で表されるバソキュプロイン（以下、ＢＣＰと略す）を用い、真空蒸着法により５０ｎｍ（蒸着速度０．８ｎｍ〜１．２ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。
【００７３】
次いで、電子注入層としてＬｉＦを用い、真空蒸着法にて１ｎｍ（蒸着速度０．３〜０．５ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で成膜し、最後に陰極電極としてＡｌを真空蒸着法にて１５０ｎｍ（蒸着速度３．０ｎｍ〜５．０ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。
【００７４】
（比較例１）
実施例１の作製手順において、ホール注入層として
【００７５】
【化１０】
【００７６】
で表される４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（以下、α−ＮＰＤと略す）と三酸化モリブデンの混合層（膜厚比率 ９：１）とした。それ以外は、全く同様の方法で有機ＥＬ素子を作製し、比較例１とした。
【００７７】
（比較例２）
実施例１の作製手順において、ホール注入層をα−ＮＰＤと三酸化モリブデンの混合層（膜厚比率 ９：１）とし、さらに、ホール輸送層をα−ＮＰＤとした。それ以外は、全く同様の方法で有機ＥＬ素子を作製し、比較例２とした。
【００７８】
（比較例３）
実施例１の作製手順において、ホール輸送層をα−ＮＰＤとした。それ以外は、全く同様の方法で有機ＥＬ素子を作製し、比較例３とした。
【００７９】
（比較例４）
実施例１の作製手順において、ＣＢＰの代わりに４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）を用いた。それ以外は、全く同様の方法で有機ＥＬ素子を作製し、比較例４とした。
【００８０】
以上のようにして作製した本発明の有機ＥＬ素子と、比較例の有機ＥＬ素子について、発光輝度、発光効率（ｃｄ／Ａ）、駆動電圧（Ｖ）について評価を行った。表１に、発光輝度１０００ｃｄ／ｍ２時における発光効率（ｃｄ／Ａ）と、そのときの駆動電圧（Ｖ）についてまとめた。
【００８１】
【表１】
【００８２】
表１からも分かるように、比較例１〜３では、発光層にアリールカルバゾール化合物であるＣＢＰを用い、ホール注入層または／およびホール輸送層にアリールカルバゾール化合物以外の異なる化合物（α−ＮＰＤ）を用いて有機ＥＬ素子を作製しており、比較例１では駆動電圧が比較的高く、発光効率も低い。また、比較例２、３では、駆動電圧は比較的低いものの、発光効率も低い。また、比較例４のように、同一であるがアミン骨格を有する（炭化水素骨格を有さない）アリールカルバゾール化合物（ＴＣＴＡ）を用いて作製した有機ＥＬ素子は、駆動電圧は低くなっているものの、発光効率は低い。これらに対し実施例１の有機ＥＬ素子は、芳香族炭化水素を有し、かつ同一のアリールカルバゾール化合物を用いたことにより、高い発光効率を示し、低い駆動電圧で動作していることが明らかである。
【００８３】
上記のように、陽極電極上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層と、アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層と、アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層と、がこの順に積層されている有機ＥＬ素子において、当該アリールカルバゾール化合物が芳香族炭化水素骨格を有し、かつホール注入層、ホール輸送層、発光層に同一のアリールカルバゾール化合物である場合、高い発光効率を示し、低い駆動電圧で動作させることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 基板
２ 陽極電極
３ 有機ＥＬ層
４ 陰極電極
５ ホール注入層
６ ホール輸送層
７ 発光層
８ 電子輸送層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平面光源や表示素子に関し、有機層を備えた有機エレクトロルミネッセント素子に関する。なお、以下において、「有機ＥＬ素子」または「素子」ともいうことがある。
【背景技術】
【０００２】
有機ＥＬ素子は電気エネルギーを光エネルギーに変える半導体素子である。有機ＥＬ素子は数Ｖ〜数十Ｖ程度の比較的低電圧で発光が可能であり、自己発光型、薄膜型であるという特徴を持つことから、視認性に富み、視野角が高く、省スペース、携帯性などの観点から注目され、平面光源や表示素子としての実用化が期待されている。
【０００３】
しかしながら、有機ＥＬ素子にはまだ課題も多い。例えば、高輝度の有機ＥＬ素子を得るために、高い電圧を加えて電流密度を高めることも行われているが、通常、電流密度を高めることにより、有機薄膜そのものの劣化が促進されるといった問題がある。この問題を解決するためには、駆動電圧が低く、発光効率が高い有機ＥＬ素子の開発が必要である。
【０００４】
有機ＥＬ素子の基本的な構成は、発光性の有機化合物を含有する発光層を陰極電極と陽極電極で挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、発光層に電子およびホールが注入され、再結合が起こる。このときに発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に光が放出され、有機ＥＬが発光する。
【０００５】
有機化合物が発光する際の励起状態の種類には、一重項励起状態と三重項励起状態があり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼ばれている。高効率な素子としては、励起三重項からの燐光発光を用いる有機ＥＬ素子の報告がされている（例えば、非特許文献１）。励起一重項からの蛍光発光の内部量子効率は上限が２５％であるのに対し、燐光発光を利用すると、内部量子効率の上限が１００％となるため、燐光素子の発光効率は原理的に蛍光素子の４倍になると考えられる。
【０００６】
しかしながら、燐光性化合物を発光層の発光性ドーパントとして用いる場合、発光効率の高い素子を得るためには、励起三重項状態が消失しないように、発光層のホスト化合物や、発光層と隣接する層（ホール輸送層、電子輸送層）に使用する材料は、燐光性化合物よりも高い励起三重項エネルギー順位を有することが必要である。高い励起三重項エネルギーを持つ化合物を使用することにより、燐光性化合物の励起エネルギーを閉じ込めることができるため、有機ＥＬ素子の発光効率を低下させることなく高効率で発光させることが可能となる。
【０００７】
非特許文献１では、ホール輸送層に４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（略称：α−ＮＰＤまたはＮＰＢ）が用いられているが、α−ＮＰＤの励起三重項エネルギーの閉じ込め効果は十分ではないため、燐光発光を用いた素子としては、十分に高い発光効率が得られておらず、また駆動電圧も高いという問題があった。
【０００８】
一方で、駆動電圧を低減させるための手法としては、モリブデン酸化物等の比較的仕事関数の高い金属酸化物を陽極電極に用いることで素子の低駆動電圧化を達成し、長寿命化に対する効果も得ている（例えば、特許文献１）。さらに特許文献２に示すように、金属酸化物と有機化合物の混合層を用いた例も報告されており、有機化合物として特にアリールカルバゾール化合物用いることで、低駆動電圧化を実現している。また燐光発光を用いた有機ＥＬ素子の駆動電圧の低減と発光効率の両立を狙ったものとしては、酸化タングステンと４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）を用いた構造も開示されている（例えば、非特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平９−６３７７１号公報
【特許文献２】特開２００６−３０３４７０公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７５，４（１９９９）
【非特許文献２】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９４，１３３３０３（２００９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および特許文献２では、いずれもホール注入性の向上による駆動電圧の低減について言及されているだけであり、発光効率の向上は達成できていないと考えられる。
【００１２】
また非特許文献２の発明では、ホール注入層、ホール輸送層、発光層に、
【００１３】
【化１】
【００１４】
で表されるＴＣＴＡを用いているが、アミン骨格を有することからホール輸送性のみが高いことが予想される。そのためＴＣＴＡを発光層に用いて高効率の素子を実現するためには、ＴＣＴＡと電子輸送材料との混合や、ＴＣＴＡを用いた発光層以外にもう一つの発光層を設けることが必要であり、複雑な工程を必要としていた。そこで本発明では、従来の素子よりも、駆動電圧が低く、高効率で発光する有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、以下の構成により、駆動電圧が低く、高効率で発光する有機ＥＬ素子構造を提供できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１６】
即ち本発明は、陽極電極と陰極電極との間に、少なくとも１つの発光層を有する有機エレクトロルミネッセント素子であって、陽極電極上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層と、アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層と、アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層と、がこの順に積層されており、当該アリールカルバゾール化合物が下記一般式（１）で表される芳香族炭化水素を有し、かつ当該ホール注入層、ホール輸送層、発光層に同一のアリールカルバゾール化合物が含まれることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子に関する。
【００１７】
【化２】
【００１８】
（但し、式中Ａｒは炭素数６〜４２の芳香族炭化水素を表し、Ｒ１〜Ｒ４は水素、または１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
好ましい実施態様は、上記アリールカルバゾール化合物において、下記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表されることを特徴とする上記有機エレクトロルミネッセント素子に関する。
【００１９】
【化３】
【００２０】
（但し、式中Ｒ１〜Ｒ４は水素、または炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
好ましい実施態様は、上記アリールカルバゾール化合物が、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニルであることを特徴とする上記有機エレクトロルミネッセント素子に関する。
【００２１】
好ましい実施態様は、上記金属酸化物は、酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、酸化バナジウム（ＶＯｘ）から選択される少なくとも１つを含有することを特徴とする上記有機エレクトロルミネッセント素子に関する。
【００２２】
好ましい実施態様は、上記有機エレクトロルミネッセント素子を含むディスプレイ装置に関する。
【００２３】
好ましい実施態様は、上記有機エレクトロルミネッセント素子を含む照明器具に関する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の有機ＥＬ素子は、「陽極電極と陰極電極との間に、少なくとも１つの発光層を有する有機エレクトロルミネッセント素子であって、陽極電極上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層と、アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層と、アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層と、がこの順に積層されており、当該アリールカルバゾール化合物が下記一般式（１）
【００２５】
【化４】
【００２６】
（但し、式中Ａｒは炭素数６〜４２の芳香族炭化水素を表し、Ｒ１〜Ｒ４は水素、または１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
で表される芳香族炭化水素を有し、かつ当該ホール注入層、ホール輸送層、発光層に同一のアリールカルバゾール化合物が含まれる」ことを特徴としており、この構成により、駆動電圧が低減され、高効率で発光する有機ＥＬ素子が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第一の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の有機ＥＬ素子においては、一つの電極間（すなわち陽極電極と陰極電極の間）に複数の層を有するものである。当該複数の層は、上記の電極から離れたところに発光領域が存在する、すなわち電極から離れた部位でキャリアの再結合が起こるように、上記発光層と電極との間にキャリア注入性の高い物質や、キャリア輸送性の高い物質からなる層を組み合わせて積層されたものである。
【００２９】
以下、本発明に係わる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１は、第一の実施形態にかかる有機ＥＬ素子の略示断面構成を示している。図１に示す素子は、基板１上に、陽極電極２、有機ＥＬ層３、陰極電極４をこの順に積層したものである。
【００３１】
有機ＥＬ素子の支持体となる基板１については特に制限は無く、例えば、ガラスのような透明基板、シリコン基板、フレキシブルなフィルム基板やプラスチック基板などから適宜選択され用いられる。中でも、ガラスのような透明基板や、透明なフィルム基板などが透明性や加工性の良さの点から好ましく用いられる。
【００３２】
上記基板１上に設けられる陽極電極２としては、特に制限は無いが、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などで形成されていることが好ましい。仕事関数が上記範囲の陽極電極を用いることで、この上に形成するホール注入層へのホール注入性が高くなると考えられるため好ましい。例えば、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、インジウム・亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ：ＩＺＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物の他、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）のような金属などがあげられ、中でも有機ＥＬ素子の発光層から発生した光を効果的に取り出すための観点から、透明性が高いＩＴＯあるいはＩＺＯをより好ましく使用することができる。
【００３３】
有機ＥＬ層３は、陽極電極２と陰極電極４との間に設けられ、少なくとも一つの発光層を有し、主に有機化合物からなる複数の層から構成された層である。図１の有機ＥＬ層３は従来の有機ＥＬ素子を構成するものから、陽極電極２と陰極電極４を取り除いた残りの構成要素に相当するものである。有機ＥＬ層３を構成する各層の成膜方法については特に制限は無く、真空蒸着法の他に、例えばスピンコート法などの方法によって形成することができる。このとき、各層を同じ成膜方法で形成してもよく、また異なる方法で形成してもよい。
【００３４】
有機ＥＬ層３は、前述したように複数の層から構成されている。本発明における複数の層は、少なくともホール注入層５、ホール輸送層６、発光層７をこの順に有する。その他の構成に関しては、特に制限するものではないが、上記発光層７と上記陰極電極４の間に、電子輸送層８や電子注入を促す層（以下「電子注入層」とする）などを適宜設けることが好ましい。
【００３５】
本発明における有機ＥＬ層３としては、陽極電極２上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層５と、アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層６と、アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層７と、がこの順に積層されていることを特徴としている。
【００３６】
以下に、本発明における有機ＥＬ層３の各層について詳細に説明する。
【００３７】
本発明におけるホール注入層５は、金属酸化物と、下記一般式（１）で表される芳香族炭化水素を有するアリールカルバゾール化合物とを含有する層からなる。ここで、「芳香族炭化水素を有するアリールカルバゾール化合物」とは、カルバゾール以外の部位が、芳香族炭化水素のみからなるアリールカルバゾール化合物を指す。
【００３８】
【化５】
【００３９】
（但し、式中Ａｒは炭素数６〜４２の芳香族炭化水素を表し、Ｒ１〜Ｒ４は水素、または１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
上記アリールカルバゾール化合物としては、下記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表される化合物であることが好ましい。
【００４０】
【化６】
【００４１】
（但し、式中Ｒ１〜Ｒ４は水素、または炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
上記一般式において、アルキル基として好ましくはメチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ−ブチル基であり、アリール基として好ましくは、フェニル基、トリル基、２−ビフェニリル基、４−ビフェニリル基である。）
上記アリールカルバゾール化合物としては、
【００４２】
【化７】
【００４３】
で表される４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）がより好ましく用いられる。
【００４４】
上記金属酸化物の具体例としては、特に酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、酸化バナジウム（ＶＯｘ）などから選択される酸化物を含有することが好ましい。この中でも三酸化モリブデン（ＭｏＯ３）は組成比が変わることなく、安定に真空蒸着が可能であるため特に好ましく用いられる。
【００４５】
本発明におけるホール注入層５とは、陽極電極２から効率よくホールを注入する機能を有し、かつ注入されたホールを次の層、すなわちホール輸送層６に伝達する機能を有する層のことである。
【００４６】
上記ホール注入層５は、電子吸引性のある金属酸化物の効果により、アリールカルバゾールがラジカルカチオン化しやすくなるため、ホール注入性に優れ、導電性が高い層を形成し、膜厚を厚くした場合でも駆動電圧の上昇を抑制することができる。よって、駆動電圧の上昇を招くことなく厚くすることができる為、ゴミなどに起因する素子の短絡を抑制することができる。
【００４７】
本発明におけるホール輸送層６とは、ホール注入層５から受け取ったホールを次の層、すなわち発光層７に伝達する機能を有する層のことである。
【００４８】
本発明におけるホール輸送層６は、上記一般式（１）で表されるアリールカルバゾール化合物を含有したものである。この場合のアリールカルバゾール化合物としては、上記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表されるものが好ましく、中でもＣＢＰを特に好ましく用いることができる。ホール輸送層６は上記アリールカルバゾール化合物単独で構成されていても良く、また他の化合物を混合したもので構成されていても良い。
【００４９】
本発明における発光層７は、上記一般式（１）で表されるアリールカルバゾール化合物と、燐光化合物を含有する。この場合のアリールカルバゾール化合物としては、上記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表されるものが好ましく、中でもＣＢＰを特に好ましく用いることができる。
【００５０】
本発明における「燐光性化合物」とは励起三重項からの発光が確認され、燐光量子効率が２５℃において０．１％以上の化合物である。中でも、燐光量子効率は好ましくは１％以上であり、更に好ましくは１０％以上である。
【００５１】
本発明で用いられる燐光性化合物は公知のものを使用することができ、好ましくは元素の周期律表でVIII族の金属を含有する錯体系化合物であり、更に好ましくはイリジウム化合物、白金化合物、又はオスミウム化合物であり、中でも高い燐光量子効率を示すものが多いことから、最も好ましいのはイリジウム化合物である。
【００５２】
以下に、本発明で用いられる燐光化合物の具体例を示す。例えば、ビス（２−ベンゾ[ｂ]チオフェン−２−イル−ピリジン）（アセチルアセトナト）イリジウム（III）（略称：Ｉｒ（Ｂｔｐ）２（ａｃａｃ））、トリス（１−フェニルイソキノリン）イリジウム（III）（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）３）、トリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（III）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（３，５−ジフルオロ−２−（２−ピリジル）フェニル−（２−カルボキシピリジル）イリジウム（III）（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス（４’，６’−ジフルオロフェニルピリジナト）テトラキス（１−ピラゾリル）ボレート イリジウム（III）（略称：ＦＩｒ６）などがあるが、これらに限定されるものではない。
【００５３】
上記発光層７は、陽極電極および陰極電極から注入されるキャリア（ホールおよび電子）が再結合して発光する層である。この層は発光性物質であるドーパントとその発光性物質を分散状態にする物質であるホストで構成される。発光性ドーパントとしては蛍光または燐光を発するものがあるが、本発明では特に燐光を発する燐光化合物を用いることができ、またホスト化合物としては、上記で示したアリールカルバゾール化合物を用いることができる。
【００５４】
また発光性ドーパントとして燐光化合物を用いる場合、有機ＥＬ素子の発光効率の点から、ホスト化合物としては、当該燐光化合物よりも高い励起三重項エネルギーを示す化合物を用いることが好ましい。この場合、上記燐光性化合物の励起エネルギーを閉じ込めることができ、また有機ＥＬ素子の発光効率を低下させることなく高効率で発光させることができる。同様の理由から、燐光化合物を含む発光層に接する層（ホール輸送層や電子輸送層）も、燐光化合物よりも高い三重項エネルギーを有する化合物から構成されることが好ましい。
【００５５】
上記のホール注入層５、ホール輸送層６、発光層７に用いられるアリールカルバゾール化合物は、同一の化合物である。同一の化合物を用いることで、異なる化合物を使用したときに生じる、ホール注入層５／ホール輸送層６、およびホール輸送層６／発光層７の各層間におけるエネルギー障壁を無くし、低い駆動電圧で動作する有機ＥＬ素子が得られる。このとき、同一の化合物として、発光性ドーパントである燐光化合物よりも、高い励起三重項エネルギーを持つアリールカルバゾール化合物をホスト化合物として用いることで、比較的簡単に発光層７やホール輸送層６に燐光の励起エネルギーを閉じ込めることができる。その結果、駆動電圧が低く、かつ発光効率が高い有機ＥＬ素子を得ることができる。また、同一の化合物を用いることで層構造が単純化するため、異なる化合物を用いる場合に比べ、製造プロセスにおいても簡略化を図ることができ、また製造コストを下げる効果も得られる。
【００５６】
また上記アリールカルバゾール化合物として、上記一般式（１）に示すような芳香族炭化水素を有するものを用いることにより、アミン骨格を有するもの（例えばＴＣＴＡなど）を用いた場合に比べ、発光層でのキャリアの再結合確率を高めることができると考えられ、その結果、発光効率を向上させることができると考えられる。
【００５７】
上記アリールカルバゾール化合物としては、上記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表されるものが好ましく、中でもＣＢＰを用いることが特に好ましい。比較的高い三重項エネルギーを持つＣＢＰを用いることにより、発光層７やホール輸送層６に燐光の励起エネルギーを閉じ込めることができる。結果として駆動電圧が低く、発光効率が高い有機ＥＬ素子が得られ、さらに製造プロセスの簡略化することが可能となる。
【００５８】
電子輸送層８を形成する電子輸送性材料としては、電子輸送性の高い公知の材料を用いることができる。例えば、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｑ３）、トリス（５−メチル−８−キノリノラト）アルミニウム（略称：Ａｌｍｑ３）、ビス（１０−ヒドロキシベンゾ［ｈ］−キノリナト）ベリリウム（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）−４−フェニルフェノラト−アルミニウム（略称：ＢＡｌｑ）などキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等を好ましく用いることができる。また、この他ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾオキサゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＯＸ）２）、ビス［２−（２−ヒドロキシフェニル）−ベンゾチアゾラト］亜鉛（略称：Ｚｎ（ＢＴＺ）２）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−フェニル−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、３−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−４−（４−エチルフェニル）−５−（４−ビフェニリル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ｐ−ＥｔＴＡＺ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）なども用いることができる。上記の材料は、主に１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有するものであり、駆動電圧の低減の点から好ましい。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を用いても構わない。また、電子輸送層８は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
【００５９】
陰極電極４を形成する物質としては、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下） 金属、合金、電気伝導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。具体的には、元素周期表のＩ族またはII族に属する元素、すなわちリチウム（Ｌｉ）やセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属、およびマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属、およびこれらを含む合金（Ｍｇ：Ａｇ、Ａｌ：Ｌｉ）などが挙げられる。仕事関数が上記範囲のものを用いることで、電子注入性が高くなると考えられるため好ましい。しかしながら、電子注入層を、陰極電極４と発光層７との間に、陰極電極４と隣接するように積層することにより、仕事関数の大小に関わらず、Ａｌ、Ａｇ、ＩＴＯ、珪素を含むＩＴＯ等様々な導電性材料を陰極電極４として用いることができる。
【００６０】
なお、上記電子注入層としては、フッ化リチウム（ＬiＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）等のようなアルカリ金属又はアルカリ土類金属の化合物を好ましく用いることができる。また、上記電子注入層として、電子輸送性を有する物質からなる層中にアルカリ金属又はアルカリ土類金属を含有させたもの、例えばＡｌｑ３中にマグネシウム（Ｍｇ）を含有させたもの等も好ましく用いることができる。
【００６１】
本発明において上記発光層７には、上記発光性ドーパントとして使用する燐光化合物とは異なる発光性ドーパントを複数添加しても構わない。また有機ＥＬ層３を構成する他の層、例えば電子輸送層８やホール輸送層６などに、異なる発光性ドーパントを添加しても良い。上記異なる発光性ドーパントを用いることにより、複数の発光色が見られるため、望まれる混色発光が得られる。
【００６２】
本発明の有機ＥＬ素子は、自発光デバイスであるため、バックライト等が不要であり、ディスプレイとして超薄型化が可能である。また消費電力も少なく省エネルギーという観点から、ディスプレイ装置や照明器具に有効に適応することができる。
【実施例】
【００６３】
次に、本発明の具体的な実施例およびこれらの実施例に対する比較例の有機ＥＬ素子の作製手順と、これらの評価結果を説明する。
【００６４】
（実施例１）
ガラス基板にパターニングされた陽極電極（ＩＴＯを使用、膜厚１５０ｎｍ）上に、２ｍｍ×２ｍｍの発光領域とするボトム型評価素子を作製した。
【００６５】
陽極電極上に、ホール注入層として４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（以下、ＣＢＰと略す）と三酸化モリブデンの混合層を用い、真空蒸着法にて９０ｎｍの膜厚で形成した。ホール注入層のＣＢＰと三酸化モリブデンは共蒸着法にて膜厚比率で９：１となるように成膜した。
【００６６】
次いで、ホール輸送層としてＣＢＰを用い、真空蒸着法により２０ｎｍ（蒸着速度０．８ｎｍ〜１．２ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。
【００６７】
次いで、発光層としてＣＢＰをホスト材料、ドーパントとして
【００６８】
【化８】
【００６９】
で表されるトリス（２−フェニルピリジン）イリジウム（III）（以下、Ｉｒ（ｐｐｙ）３と略す）を用い、真空蒸着法により２０ｎｍの膜厚で形成した。発光層のＣＢＰとＩｒ（ｐｐｙ）３は共蒸着法にて膜厚比率で９７：３となるように成膜した。
【００７０】
次いで、電子輸送層として
【００７１】
【化９】
【００７２】
で表されるバソキュプロイン（以下、ＢＣＰと略す）を用い、真空蒸着法により５０ｎｍ（蒸着速度０．８ｎｍ〜１．２ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。
【００７３】
次いで、電子注入層としてＬｉＦを用い、真空蒸着法にて１ｎｍ（蒸着速度０．３〜０．５ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で成膜し、最後に陰極電極としてＡｌを真空蒸着法にて１５０ｎｍ（蒸着速度３．０ｎｍ〜５．０ｎｍ／ｓｅｃ）の膜厚で形成した。
【００７４】
（比較例１）
実施例１の作製手順において、ホール注入層として
【００７５】
【化１０】
【００７６】
で表される４，４’−ビス［Ｎ−（２−ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（以下、α−ＮＰＤと略す）と三酸化モリブデンの混合層（膜厚比率 ９：１）とした。それ以外は、全く同様の方法で有機ＥＬ素子を作製し、比較例１とした。
【００７７】
（比較例２）
実施例１の作製手順において、ホール注入層をα−ＮＰＤと三酸化モリブデンの混合層（膜厚比率 ９：１）とし、さらに、ホール輸送層をα−ＮＰＤとした。それ以外は、全く同様の方法で有機ＥＬ素子を作製し、比較例２とした。
【００７８】
（比較例３）
実施例１の作製手順において、ホール輸送層をα−ＮＰＤとした。それ以外は、全く同様の方法で有機ＥＬ素子を作製し、比較例３とした。
【００７９】
（比較例４）
実施例１の作製手順において、ＣＢＰの代わりに４，４’，４’’−トリス（Ｎ−カルバゾリル）−トリフェニルアミン（ＴＣＴＡ）を用いた。それ以外は、全く同様の方法で有機ＥＬ素子を作製し、比較例４とした。
【００８０】
以上のようにして作製した本発明の有機ＥＬ素子と、比較例の有機ＥＬ素子について、発光輝度、発光効率（ｃｄ／Ａ）、駆動電圧（Ｖ）について評価を行った。表１に、発光輝度１０００ｃｄ／ｍ２時における発光効率（ｃｄ／Ａ）と、そのときの駆動電圧（Ｖ）についてまとめた。
【００８１】
【表１】
【００８２】
表１からも分かるように、比較例１〜３では、発光層にアリールカルバゾール化合物であるＣＢＰを用い、ホール注入層または／およびホール輸送層にアリールカルバゾール化合物以外の異なる化合物（α−ＮＰＤ）を用いて有機ＥＬ素子を作製しており、比較例１では駆動電圧が比較的高く、発光効率も低い。また、比較例２、３では、駆動電圧は比較的低いものの、発光効率も低い。また、比較例４のように、同一であるがアミン骨格を有する（炭化水素骨格を有さない）アリールカルバゾール化合物（ＴＣＴＡ）を用いて作製した有機ＥＬ素子は、駆動電圧は低くなっているものの、発光効率は低い。これらに対し実施例１の有機ＥＬ素子は、芳香族炭化水素を有し、かつ同一のアリールカルバゾール化合物を用いたことにより、高い発光効率を示し、低い駆動電圧で動作していることが明らかである。
【００８３】
上記のように、陽極電極上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層と、アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層と、アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層と、がこの順に積層されている有機ＥＬ素子において、当該アリールカルバゾール化合物が芳香族炭化水素骨格を有し、かつホール注入層、ホール輸送層、発光層に同一のアリールカルバゾール化合物である場合、高い発光効率を示し、低い駆動電圧で動作させることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１ 基板
２ 陽極電極
３ 有機ＥＬ層
４ 陰極電極
５ ホール注入層
６ ホール輸送層
７ 発光層
８ 電子輸送層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極電極と陰極電極との間に、少なくとも１つの発光層を有する有機エレクトロルミネッセント素子であって、
陽極電極上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層と、
アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層と、
アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層と、
がこの順に積層されており、当該アリールカルバゾール化合物が下記一般式（１）で表される芳香族炭化水素を有し、かつ当該ホール注入層、ホール輸送層、発光層に同一のアリールカルバゾール化合物が含まれることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
【化２】
（但し、式中Ａｒは炭素数６〜４２の芳香族炭化水素を表し、Ｒ１〜Ｒ４は水素、または１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
【請求項２】
上記アリールカルバゾール化合物において、下記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表されることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【化３】
（但し、式中Ｒ１〜Ｒ４は水素、または炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
【請求項３】
上記アリールカルバゾール化合物が、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニルであることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項４】
上記金属酸化物は、酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、酸化バナジウム（ＶＯｘ）から選択される少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子を含むディスプレイ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子を含む照明器具。
【請求項１】
陽極電極と陰極電極との間に、少なくとも１つの発光層を有する有機エレクトロルミネッセント素子であって、
陽極電極上に、金属酸化物とアリールカルバゾール化合物を含有するホール注入層と、
アリールカルバゾール化合物を含有するホール輸送層と、
アリールカルバゾール化合物と燐光化合物を含有する発光層と、
がこの順に積層されており、当該アリールカルバゾール化合物が下記一般式（１）で表される芳香族炭化水素を有し、かつ当該ホール注入層、ホール輸送層、発光層に同一のアリールカルバゾール化合物が含まれることを特徴とする有機エレクトロルミネッセント素子。
【化２】
（但し、式中Ａｒは炭素数６〜４２の芳香族炭化水素を表し、Ｒ１〜Ｒ４は水素、または１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
【請求項２】
上記アリールカルバゾール化合物において、下記一般式（１）のＡｒが構造式（１−１）〜（１−１０）に示した芳香族炭化水素のいずれかで表されることを特徴とする請求項１に記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【化３】
（但し、式中Ｒ１〜Ｒ４は水素、または炭素数１〜４のアルキル基、または炭素数６〜１２のアリール基を表す。）
【請求項３】
上記アリールカルバゾール化合物が、４，４’−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニルであることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項４】
上記金属酸化物は、酸化モリブデン（ＭｏＯｘ）、酸化ルテニウム（ＲｕＯｘ）、酸化タングステン（ＷＯｘ）、酸化バナジウム（ＶＯｘ）から選択される少なくとも１つを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子を含むディスプレイ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の有機エレクトロルミネッセント素子を含む照明器具。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−１５１２１２（Ｐ２０１１−１５１２１２Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３３３（Ｐ２０１０−１１３３３）
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（００００００９４１）株式会社カネカ (3,932)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【出願人】（００００００９４１）株式会社カネカ (3,932)
【Ｆターム（参考）】
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